[发明专利]像素、相关的图像传感器和方法

权利要求书

1.一种像素，包括：

半导体衬底，所述半导体衬底具有形成沟槽的衬底顶表面，所述沟槽延伸到所述半导体衬底中并且具有相对于围绕所述沟槽的所述衬底顶表面的平面区域的沟槽深度；

低κ电介质，所述低κ电介质在所述沟槽深度与所述沟槽深度上方的低κ深度之间的所述沟槽中，所述低κ深度相对于所述平面区域小于所述沟槽深度；以及

光电二极管区域，所述光电二极管区域在所述半导体衬底中并且包括(i)在所述沟槽下方的底部光电二极管部分和(ii)与所述沟槽相邻的顶部光电二极管部分，所述顶部光电二极管部分从相对于所述平面区域小于所述低κ深度的光电二极管深度处开始，朝向所述底部光电二极管部分延伸并邻接所述底部光电二极管部分。

2.如权利要求1所述的像素，还包括：

栅电极材料，所述栅电极材料填充所述低κ深度与所述平面区域之间的所述沟槽；以及

氧化物层，所述氧化物层为所述低κ深度和所述平面区域之间的所述沟槽做衬里，

所述沟槽、所述氧化物层、所述低κ电介质和所述栅电极材料共同地形成电连接到所述顶部光电二极管部分的垂直转移栅。

3.如权利要求2所述的像素，所述栅电极材料包括多晶硅及金属中的至少一个。

4.如权利要求2所述的像素，所述氧化物层具有介电常数κ_o，厚度t_o，以及与κ_o/t_o成比例的氧化物层电容，所述低κ电介质具有介电常数k_L,，厚度t_L，以及与κ_L/t_L成比例并且小于所述氧化物层电容的低κ电容。

5.如权利要求1所述的像素，所述低κ电介质在垂直于所述平面区域的方向上的厚度介于10纳米与200纳米之间。

6.如权利要求1所述的像素，低κ电介质在垂直于所述平面区域的第一方向上的厚度小于所述沟槽深度的一半。

7.如权利要求1所述的像素，所述光电二极管深度与所述低κ深度之间的差在10纳米和200纳米之间。

8.如权利要求1所述的像素，在垂直于所述衬底顶表面的剖面平面中，所述光电二极管区域为L形，所述底部光电二极管部分具有第一宽度，所述第一宽度在平行于所述衬底顶表面的方向上超过所述顶部光电二极管部分的第二宽度。

9.如权利要求1所述的像素，还包括：

浮动扩散区域，所述浮动扩散区域在所述半导体衬底中，与所述沟槽相邻并且远离所述平面区域延伸到小于所述沟槽深度的结深度。

10.如权利要求1所述的像素，所述低κ电介质中包括至少一个气隙，所述气隙具有超过所述低κ电介质的厚度的一半的直径。

11.如权利要求1所述的像素，所述低κ电介质由多孔材料形成。

12.如权利要求1所述的像素，还包括：

蚀刻终止层，所述蚀刻终止层在所述低κ电介质与所述半导体衬底之间为所述沟槽做衬里并且具有超过所述低κ电介质的蚀刻选择性的蚀刻选择性，每个蚀刻选择性是相对于所述半导体衬底的。

13.如权利要求12所述的像素，所述蚀刻终止层的厚度在1纳米和21纳米之间。

14.如权利要求12所述的像素，所述蚀刻终止层为高κ电介质。